23种设计模式 - 工厂方法模式

模式定义

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，定义用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类，从而将对象创建过程延迟到子类。其核心目的是解耦对象的创建与使用，增强系统的扩展性，符合开闭原则。

模式结构

抽象产品（Product）：定义对象的接口（如数控系统中的运动控制器）。
具体产品（Concrete Product）：实现抽象产品的具体类（如直线运动、圆弧运动控制器）。
抽象工厂（Creator）：声明工厂方法，返回抽象产品类型。
具体工厂（Concrete Creator）：重写工厂方法，返回具体产品实例。

C++示例（数控系统场景）

#include 

// 抽象产品：运动控制器接口
class MotionController {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual ~MotionController() = default;
};

// 具体产品1：直线运动控制器
class LinearMotion : public MotionController {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "执行直线插补运动" << std::endl;
    }
};

// 具体产品2：圆弧运动控制器
class ArcMotion : public MotionController {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "执行圆弧插补运动" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂
class MotionFactory {
public:
    virtual MotionController* createMotion() = 0;
    virtual ~MotionFactory() = default;
};

// 具体工厂1：创建直线运动控制器
class LinearMotionFactory : public MotionFactory {
public:
    MotionController* createMotion() override {
        return new LinearMotion();
    }
};

// 具体工厂2：创建圆弧运动控制器
class ArcMotionFactory : public MotionFactory {
public:
    MotionController* createMotion() override {
        return new ArcMotion();
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    // 使用直线运动工厂
    MotionFactory* linearFactory = new LinearMotionFactory();
    MotionController* linear = linearFactory->createMotion();
    linear->execute();  // 输出：执行直线插补运动

    // 使用圆弧运动工厂
    MotionFactory* arcFactory = new ArcMotionFactory();
    MotionController* arc = arcFactory->createMotion();
    arc->execute();     // 输出：执行圆弧插补运动

    delete linearFactory;
    delete linear;
    delete arcFactory;
    delete arc;
    return 0;
}

模式优势

解耦性：客户端仅依赖抽象接口，无需关心具体实现类。
扩展性：新增运动类型时（如螺旋运动），只需添加对应的具体产品和工厂类，无需修改已有代码，符合开闭原则。
职责清晰：将对象创建逻辑集中到工厂类，避免代码重复。

适用场景

系统需要支持多种类型的对象创建（如数控系统的不同运动模式）。
创建过程需要动态扩展（如未来新增五轴联动控制）。

对比简单工厂模式

工厂方法模式通过多态性将对象创建延迟到子类，避免了简单工厂模式中因新增类型需修改工厂类的缺点。